摘要：隨著國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，能夠節(jié)約土地資源、將垃圾處理無害化、減量化和資源化的垃圾處理方式 -垃圾焚燒處理應(yīng)用越來越廣。爐排型焚燒爐形式多樣，其應(yīng)用占全世界垃圾焚燒市場(chǎng)總量的 80% 以上。爐排型焚燒爐具有垃圾預(yù)處理要求不高、垃圾熱值適應(yīng)范圍廣、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行及維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。爐排片是爐排型焚燒爐核心部件，屬于易損耗部件，爐排片穩(wěn)定性對(duì)焚燒爐的連續(xù)穩(wěn)定性運(yùn)行起著決定性作用。通過合理的爐排片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料應(yīng)用，設(shè)計(jì)適合國(guó)內(nèi)垃圾熱性的爐排片產(chǎn)品，減少爐排片卡滯、異常磨損、燒損等問題，提高爐排型焚燒爐運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒爐；用爐排片；改進(jìn)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1導(dǎo)言

垃圾焚燒中機(jī)械爐排爐應(yīng)用規(guī)模占全世界垃圾焚燒市場(chǎng)總量的 80% 以上。上海環(huán)境集團(tuán)自 2011 年技術(shù)引進(jìn)日本荏原HPCC 爐排技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)的垃圾處理規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了 1.25萬 t/d。隨著國(guó)內(nèi)城市生活垃圾熱值的逐步提高，垃圾焚燒爐的運(yùn)行溫度也逐步增加，爐排片作為爐排爐的核心部件，其熱負(fù)荷增加必然對(duì)焚燒爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行帶來影響。通過對(duì)集團(tuán)內(nèi)垃圾焚燒廠爐排片使用情況的持續(xù)跟蹤，對(duì)爐排片磨損情況進(jìn)行測(cè)試、記錄、分析和研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)爐排片，提高其使用壽命。

2爐排片工作特征

機(jī)械爐排爐是以機(jī)械式的爐排片構(gòu)成爐床，可動(dòng)爐排片與固定爐排片之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使垃圾不斷翻動(dòng)、攪拌并推向前進(jìn)。往復(fù)焚燒爐用爐排片設(shè)計(jì)需要爐排片有規(guī)則的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而保證垃圾進(jìn)入爐內(nèi)與熱空氣接觸、升溫、干燥、著火、燃燼。

爐排往復(fù)運(yùn)動(dòng)不僅使垃圾均勻移動(dòng)，也是對(duì)垃圾的一種攪動(dòng)，使垃圾與已燃垃圾混合，致使往復(fù)爐排片垃圾具有下部著火的因素，爐排運(yùn)動(dòng)能有效地?cái)噭?dòng)垃圾。爐排與垃圾的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以使燃燒的垃圾松動(dòng)，增加垃圾的透氣性，改善燃燒條件。為了保證焚燒爐的連續(xù)穩(wěn)定燃燒，爐溫維持在950 ～ 1050℃，對(duì)爐排提出高溫抗氧化性要求；垃圾由于分類不完善，進(jìn)爐垃圾比重較大，爐排片機(jī)械負(fù)荷較大，對(duì)爐排片提出機(jī)械磨損需求；垃圾由于成分復(fù)雜，通常含有 CI、S 等元素，燃燒后形成酸性氣體，對(duì)爐排片金屬材質(zhì)形成腐蝕性影響。因此，爐排片工作環(huán)境具有如下特性：干燥段垃圾載荷較大，主要承受機(jī)械磨損，燃燒段屬于環(huán)境溫度高，主要承受高溫磨損，燃燼段不可燃物較多，固體顆粒物容易夾雜到爐排片之間縫隙中，主要承受偏磨等非正常磨損；另外，垃圾焚燒后形成氣氛包含高溫腐蝕性氣體，對(duì)爐排片形成腐蝕作用；爐排片磨損后，縫隙變大、漏渣增加，對(duì)垃圾熱灼減率帶來負(fù)面影響；爐排片翹起及燒損，如果頻率太高，需要停爐檢修處理，勢(shì)必影響焚燒廠運(yùn)營(yíng)。

3爐排片設(shè)計(jì)要求

（1）爐排通風(fēng)率。爐排通風(fēng)率等于爐排面上通風(fēng)孔總面積與整個(gè)爐排面積之比。爐排片是高溫工作部件，工作條件相當(dāng)惡劣。尤其是往復(fù)爐排片長(zhǎng)期工作在高溫下，雖然爐排片與燃燒層間隔著一層“灰渣墊”，可遮蔽部分熱量，但爐排片表面溫度仍可達(dá) 600 ～ 700℃以上，為保證爐排片安全可靠的工作，必須采取有效的空氣冷卻；往復(fù)焚燒爐用爐排片保證垃圾是在爐排片上均勻移動(dòng)燃燒，空氣從爐排片下的風(fēng)室，自下而上地穿過爐排片及垃圾層，為垃圾燃燒提供充足的氧氣。因此，爐排片上應(yīng)布有均勻的通風(fēng)通道，這就是所謂的通風(fēng)率要求，在爐排片設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮如何控制和減少漏渣，提高可燃物質(zhì)的利用率。通常情況下往復(fù)爐排片在干燥段通風(fēng)通道寬度控制在 4mm 以內(nèi)，燃燒區(qū)域內(nèi)通風(fēng)道寬度控制在 3mm 以內(nèi)，燃燼段區(qū)域內(nèi)通風(fēng)寬度稍小，這樣既能夠有效地控制漏渣，同時(shí)能夠大幅提高燃燒利用率。很多相關(guān)資料中都認(rèn)為往復(fù)爐排片的通風(fēng)率應(yīng)在3% ～ 6%。當(dāng)然通風(fēng)率越大，通風(fēng)通道截面越大，空氣穿孔速度越小，流阻越小。受制于漏渣及爐排片強(qiáng)度等因素的影響，通風(fēng)率達(dá)到 2% ～ 4%，屬于高壓損爐排，實(shí)際使用效果很好?？偟膩碚f，爐排片的進(jìn)風(fēng)需要綜合考慮通風(fēng)率、漏渣率、燃燒效率等重要因素。（2）爐排冷卻度。爐排冷卻度等于爐排片肋板總面積與爐排總面積之比。爐排片主要依靠空氣對(duì)流對(duì)爐排片進(jìn)行冷卻，從而降低爐排片溫度。爐排片肋板設(shè)計(jì)既是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的考慮，同時(shí)也是強(qiáng)制冷卻的考量。按照目前經(jīng)驗(yàn)值，在滿足爐排片本身強(qiáng)度設(shè)計(jì)前提下，冷卻度一般設(shè)計(jì)大于 2。另外，低位熱值超過 8260kJ/kg，考慮采用水冷爐排，進(jìn)一步增強(qiáng)強(qiáng)制冷卻效果。（3）爐排片固定形式。爐排片安裝形式多樣，通常采用尾部固定形式。部分廠家在爐排片底部或者兩側(cè)設(shè)計(jì)螺栓或者拉鉤進(jìn)行固定，防止?fàn)t排片翹起。可動(dòng)爐排片與可動(dòng)爐排片，固定爐排片與固定爐排片的連接形式多樣，常見爐排片之間采用有間隙裝配、緊固裝配兩種，緊固裝配能一定程度上防止?fàn)t排片翹起及偏磨，但是檢修拆卸不便，間隙裝配拆卸檢修方便，容易異物卡滯，間隙變大，出現(xiàn)偏磨，導(dǎo)致爐排片提前更換。爐排片固定形式要保證爐排片往復(fù)運(yùn)動(dòng)不易卡滯，翹起，又要預(yù)留一定檢修維護(hù)便利性。（4）輔助設(shè)計(jì)工具。爐排片通常服役時(shí)間長(zhǎng)，一般設(shè)計(jì)壽命大于 5 年，新型爐排片的開發(fā)設(shè)計(jì)，如果采用實(shí)爐驗(yàn)證方式，不僅周期太長(zhǎng)，而且對(duì)工程應(yīng)用帶來不確定性，不利于產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。因此，在工程應(yīng)用前，需要采用輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析，常見的有計(jì)算機(jī)輔助工程 CAE（Computer Aided Engineering）軟件如ANSYS 進(jìn)行熱應(yīng)力分析，優(yōu)化爐排片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)；通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) CFD（computational fluid dynam-ics）如 FLUENT 進(jìn)行流體分析，優(yōu)化爐排片的通風(fēng)率，冷卻度等參數(shù)。通過 CFD 類軟件如 FLUENT 進(jìn)行爐排片側(cè)面或者爐排片本身的通風(fēng)率模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)爐排片壓損和流速優(yōu)化計(jì)算，為爐排片的熱應(yīng)力分析提供對(duì)流換熱邊界條件，同時(shí)也為垃圾層厚的理論計(jì)算提供設(shè)計(jì)依據(jù)。通過CAE 類軟件如 ANSYS 進(jìn)行爐排片結(jié)構(gòu)分析，在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和傳熱方面進(jìn)行仿真計(jì)算，通過耦合傳熱和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，避免爐排片局部出現(xiàn)大范圍熱應(yīng)力集中，從而為爐排片結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供設(shè)計(jì)依據(jù)。通過輔助設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用，優(yōu)化爐排片結(jié)構(gòu)形式，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高爐排片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、可靠性，降低產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)成本。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，垃圾焚燒爐用爐排片結(jié)構(gòu)合理，材質(zhì)耐用對(duì)焚燒爐穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，既要保證安裝固定可靠，又要保證合理的通風(fēng)性能，從而避免夾雜異物、異常翹起、偏移磨損。在材質(zhì)應(yīng)用上，區(qū)分高溫區(qū)和低位區(qū)，高溫區(qū)采用高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐磨損、高溫氧化性優(yōu)良的合金金屬材質(zhì)，低溫度采取鑄鐵材質(zhì)，從而保證爐排系統(tǒng)不僅性價(jià)比高，而且性能優(yōu)異，適合國(guó)內(nèi)垃圾特性的爐排片產(chǎn)品。

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